Ανάλυση λειτουργίας ηλιοθερμικών σταθμών και επιπτώσεις στην αξιοπιστία των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάλυση της λειτουργίας ηλιοθερμικών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και η επίπτωσή τους στην αξιοπιστία συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Ιδιαίτερα, μελετάται η τεχνολογία παραβολικών κατόπτρων και χρησιμοποιείται το μαθηματικό μοντέλο, που διέπει τη λειτουργία τέτοιου τύπου σταθμών. Για το σκοπό αυτό, αφού γίνεται αναφορά στη σημασία των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (Α.Π.Ε.) στη σύγχρονη κοινωνία, η μελέτη επικεντρώνεται στην ηλιοθερμική τεχνολογία. Αναλύονται εκτενώς οι τρεις ηλιοθερμικές τεχνολογίες: παραβολικά κάτοπτρα, παραβολικό πιάτο, ηλιακός πύργος και καταγράφονται οι εγκατεστημένοι σταθμοί ανά τον κόσμο. Αναφέρονται οι στρατηγικές λειτουργίας των σταθμών, για την καλύτερη δυνατή απόδοση σε σχέση με τα καιρικά φαινόμενα και τη θέση του ήλιου κατά τη διάρκεια μιας ημέρας. Στη συνέχεια, για την τεχνολογία παραβολικών κατόπτρων γίνεται μελέτη της παραγωγής για ένα έτος, και έπειτα η προαναφερθείσα επαναλαμβάνεται χίλιες φορές εισάγοντας τον παράγοντα της τυχαίας νέφωσης. Για τη μελέτη αυτή επιλέχθηκε σταθμός με συγκεκριμένα τεχνικά χαρακτηριστικά ο οποίος θεωρείται ότι βρίσκεται σε περιοχή με τα κλιματικά και γεωγραφικά δεδομένα της Αθήνας. Έπειτα, μελετώνται οι διάφοροι τύποι αποθηκευτικών συστημάτων που χρησιμοποιούνται σε ηλιοθερμικούς σταθμούς. Για το αποθηκευτικό σύστημα της θερμοκλίνης ωστόσο, γίνεται μια σύντομη μαθηματική ανάλυση λαμβάνοντας υπόψη τα αποτελέσματα της μελέτης του κυρίως συστήματος. Ακόμη, αναφέρονται οι υβριδικοί σταθμοί, η σημασία τους και ο τρόπος λειτουργίας τους, όπως επίσης τα πεδία εφαρμογής των ηλιοθερμικών σταθμών καθώς και οι δυνατότητες χρησιμοποίησής τους στην Ελλάδα και στην Κύπρο. Τέλος, παρατίθενται κάποια συμπεράσματα που αφορούν την λειτουργία και την αξιοπιστία του σταθμού που μελετήθηκε.

The purpose of this thesis is the analysis of the operation of solar thermal power plants and their impact on the reliability of electric power systems. The technology of parabolic trough collectors is particularly studied and the mathematical model that governs the operation of this type of plants is used. To this end, having made reference to the importance of Renewable Energy Sources (RES) in modern society, the study focuses on solar thermal technology. The three solar thermal technologies are analyzed in detail: parabolic mirrors, parabolic dish, solar tower and the established stations around the world are reported. Indicate the operating strategies of plants, for the best performance in relation to weather and the position of the sun during a day. Then, for the parabolic mirror technology a study is conducted for the production of one year, and then the above one is repeated for a thousand times introducing the factor of random cloud.For this study, a station is selected with specific technical features which are considered located in an area with climatic and geographic data of Athens. Then the different types of storage systems that are used in solar thermal power plants are studied. However, for the thermocline storage system, a brief mathematical analysis is made, taking into account the results of the study of the main system. Also hybrid plants, their importance and how they operate are referred, as well as the fields of application of solar thermal power plants and ways to use them in Greece and Cyprus. Finally, some conclusions are listed, concerning the operation and the reliability of the station studied.